(57)【要約】【課題】水晶振動子よりも安価で小型の安定した振動性回路の実現【解決手段】振動性回路(100)。振動性回路は第１の発振器(110)と、第２の発振器(120)と、ミクサ回路(130)とを含む。第１の発振器は第１の周波数において第１の発振信号(115)を生成するように構成され、第１の周波数温度係数を有する。第２の発振器は第２の周波数において第２の発振信号(125)を生成するように構成され、第２の周波数温度係数を有する。第２の周波数は第１の周波数よりも高く、第２の周波数温度係数は第１の周波数温度係数よりも小さい。ミクサ回路は第１の発振器から第１の発振信号を受信し、第２の発振器から第２の発振信号を受信し、且つ第１の発振信号及び第２の発振信号からミクサ信号を生成するように構成される。ミクサ信号(135)はビート周波数(ｆB）における信号成分(136)を含む。ビート周波数は第２の周波数と第１の周波数との差に等しい。【選択図】図１
2007082214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周波数（ｆ０１）において第１の発振信号（115）を生成するように構成され、第１の周波数温度係数（ＴＣ１）を有する第１の発振器（110）と、
第２の周波数（ｆ０２）において第２の発振信号（125）を生成するように構成され、第２の周波数温度係数（ＴＣ２）を有する第２の発振器（120）であって、前記第２の周波数（ｆ０２）が前記第１の周波数（ｆ０１）よりも高く、前記第２の周波数温度係数（ＴＣ２）が前記第１の周波数温度係数（ＴＣ１）よりも小さい、第２の発振器と、
前記第１の発振器（110）から前記第１の発振信号（115）を受信するように構成され、前記第２の発振器（120）から前記第２の発振信号（125）を受信するように構成され、且つ前記第１の発振信号（115）及び前記第２の発振信号（125）からミクサ信号（135）を生成するように構成されたミクサ回路（130）とを含み、
前記ミクサ信号（135）が、ビート周波数（ｆＢ）における信号成分（136）を含み、前記ビート周波数（ｆＢ）が前記第２の周波数（ｆ０２）と前記第１の周波数（ｆ０１）との差に等しい、振動性回路(100)。
【請求項２】
前記ミクサ回路（130）から前記ミクサ信号（135）を受信し、ビート周波数（ｆＢ）信号を通過させて、前記第２の周波数（ｆ０２）及び前記第１の周波数（ｆ０１）の和に等しい周波数（ｆＳ）において信号を阻止するように構成されたフィルタ（140）をさらに含む、請求項１に記載の振動性回路（100）。
【請求項３】
前記第１の発振器（110）が第１の共振器（111）を含み、前記第２の発振器（120）が第２の共振器（121）を含み、前記第１の共振器（111）の共振周波数が前記第１の周波数（ｆ０１）であり、前記第２の共振器（121）の共振周波数が前記第２の周波数（ｆ０２）である、請求項１に記載の振動性回路（100）。
【請求項４】
前記第１の共振器（111）及び前記第２の共振器（121）が同じ半導体基板（305）上に製造される、請求項３に記載の振動性回路（100）。
【請求項５】
前記第１の共振器（111）及び前記第２の共振器（121）が、圧電薄膜共振器及び表面弾性波共振器から成るグループから選択される、請求項４に記載の振動性回路（100）。
【請求項６】
振動性回路（100）を製造するための方法（900）であって、
第１の周波数（ｆ０１）において第１の発振信号（115）を生成するように構成され、第１の周波数温度係数（ＴＣ１）を有する第１の発振器（110）を製造し、
第２の周波数（ｆ０２）において第２の発振信号（125）を生成するように構成され、第２の周波数温度係数（ＴＣ２）を有する第２の発振器（120）を製造し、前記第２の周波数（ｆ０２）が前記第１の周波数（ｆ０１）よりも高く、前記第２の周波数温度係数（ＴＣ２）が前記第１の周波数温度係数（ＴＣ１）よりも小さく、前記第２の周波数（ｆ０２）に前記第２の周波数温度係数（ＴＣ２）を掛けたものと、前記第１の周波数（ｆ０１）に前記第１の周波数温度係数（ＴＣ１）を掛けたものとの差が０に等しく、
前記第１の発振器（110）の出力及び前記第２の発振器（120）の出力を互いに接続することを含む、振動性回路を製造するための方法（900）。
【請求項７】
前記第１の発振器（110）が第１の共振器（111）を含み、前記第２の発振器（120）が第２の共振器（121）を含み、前記第１の共振器（111）の共振周波数が前記第１の周波数（ｆ０１）であり、前記第２の共振器（121）の共振周波数が前記第２の周波数（ｆ０２）である、請求項６に記載の方法（900）。
【請求項８】
前記第１の共振器（111）及び前記第２の共振器（121）が同じ半導体基板（305）上に製造される、請求項６に記載の方法（900）。
【請求項９】
前記第１の共振器（111）及び前記第２の共振器（121）が圧電薄膜共振器である、請求項８に記載の方法（900）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの発振器を有する振動性回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
簡単な腕時計から複雑なコンピュータサーバまでの多数の最新の電子装置は、１つ又は複数のクロック或いは発振器信号の生成に依存する。種々の用途の要件を満たすために、生成される信号は正確で、安定していなければならない。さらに、生成される信号の動作周波数は、温度が変化しても、設計周波数から大きく外れてはならない。
【０００３】
基本的に携帯電話、コンピュータ、電子レンジ、及び多数の他の電子製品は全て、水晶共振器を用いて、通常２０ＭＨｚ程度の予め選択された周波数において基準信号を生成する。そのような発振器は水晶制御発振器と呼ばれる。これらの製品におけるゲートは、基準信号を用いて、予め選択された周波数において「クロック同期される」、又は切り替えられる。ありとあらゆる「時間基準」が、この水晶共振器−発振器から生成される。携帯電話、ラップトップコンピュータ、及び他のポータブル装置では、水晶共振器回路が、望ましい大きさよりも大きい。通常、発振器は、製品の動作温度範囲全体にわたって、約±２ｐｐｍの周波数ドリフトを有する必要がある。このレベルの周波数制御を達成するために、水晶共振器は、周囲の周りをアーク溶接された金属蓋を備えるハーメチックセラミックパッケージ内にパッケージングされるのが普通である。そのような事情から、パッケージには比較的費用がかかる。一例が、Kyocera TCXO  部品番号ＫＴ２１である。この製品は、３．２×２．５×１ｍｍ３のセラミックパッケージ内に入れられ、−３０〜＋８５℃において±２ｐｐｍの精度を有し、２ｍＡの電流を引き込む。この水晶の共振周波数は２０ＭＨｚであるので、この製品を用いる発振器からの信号は、電力を消費する他の電子回路によって逓倍されなければならない。さらに、結果として生じる高調波が一般的には、基本周波数に対して約５ｄＢだけしか低減されない。
【０００４】
また、発振器は、他のタイプの共振器、例えば、標準的なＬＣ（インダクタ−キャパシタ）共振器、圧電薄膜共振器（thin film bulk acoustic resonator：ＦＢＡＲ）等を用いて構成され得る。そのような共振器は水晶共振器よりも安価であるが、それらの共振器の周波数ドリフト特性は一般的に、上記の応用形態に許容できるものよりも劣る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の課題は、上述した技術的な問題を克服、又は少なくとも緩和することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
代表的な実施形態において、振動性回路が開示される。この振動性回路は第１の発振器と、第２の発振器と、ミクサ回路とを含む。第１の発振器は第１の周波数において第１の発振信号を生成するように構成され、第１の周波数温度係数を有する。第２の発振器は第２の周波数において第２の発振信号を生成するように構成され、第２の周波数温度係数を有する。第２の周波数は第１の周波数よりも高く、第２の周波数温度係数は第１の周波数温度係数よりも小さい。ミクサ回路は第１の発振器から第１の発振信号を受信するように構成され、第２の発振器から第２の発振信号を受信するように構成され、且つ第１の発振信号及び第２の発振信号からミクサ信号を生成するように構成される。ミクサ信号はビート周波数における信号成分を含む。ビート周波数は第２の周波数と第１の周波数との差に等しい。
【０００７】
別の代表的な実施形態において、振動性回路を製造するための方法が開示される。この方法は、第１の周波数において第１の発振信号を生成するように構成され、第１の周波数温度係数を有する第１の発振器を製造し、第２の周波数において第２の発振信号を生成するように構成され、第２の周波数温度係数を有する第２の発振器を製造し、及び第１の発振器の出力及び第２の発振器の出力を互いに接続することを含む。第２の周波数は第１の周波数よりも高く、第２の周波数温度係数は第１の周波数温度係数よりも小さく、第２の周波数に第２の周波数温度係数を掛けたものと、第１の周波数に第１の周波数温度係数を掛けたものとの差は０に等しい。
【０００８】
本明細書において提示される代表的な実施形態の他の態様及び利点は、添付図面に関連してなされる、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、これまでに用いられてきた水晶振動子よりも低コストで、小さいサイズであり、非常に小さな周波数ドリフト対温度特性（ＴＣ）を有する振動性回路を提供することが可能になる。また、係る振動性回路の出力信号は、水晶共振器に比べて相対的にスプリアスモードを生じないようにすることができ、はるかに高い周波数にすることができる。結果として、必要とされる「きれいな」高周波トーンを作り出す際に消費される電力も少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
添付図面は、視覚的な表現を与えており、種々の代表的な実施形態をさらに十分に説明するために使用され、それらの図面を用いることにより、当業者が種々の実施形態及びそれらの固有の利点をより深く理解することができる。これらの図面において、同様の参照符号は対応する要素を特定する。
【００１１】
例示のために図面に示されるように、新規な共振器は、その共振周波数及び周波数ドリフト特性を適切に調整して、非常に小さな周波数ドリフト対温度特性を有する振動性回路になることができる。集積回路技術を用いて、適切な一対の共振器を製造することができ、同等の周波数ドリフト特性を得るために、これまでに用いられてきた水晶振動子よりもコスト及びサイズにおいて結果的に有利である。これまでは、温度に対して低い周波数ドリフトを提供するために、水晶の結晶を慎重にカットし、調整してきた。
【００１２】
代表的な実施形態では、温度とともに異なる速度でドリフトする２つの共振器を発振器回路に用いて、携帯電話、ポータブルコンピュータ及び他の同等の装置のための標準的な温度範囲全体にわたって、その正味の温度ドリフトが、０ではないにしても、非常に小さい「ビート」周波数が生成される。それらの共振器は、圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）として製造されることができ、他の集積回路と組み合わせて、結果として約０．２ミリメートル（ｍｍ）の厚み及び１×１ｍｍ２未満の面積を有することができるシリコンチップとなることができる。さらに、その出力信号は、水晶共振器よりもはるかに高い周波数にすることができ、それゆえ、相対的にスプリアスモードを生じないようにすることができる。結果として、必要とされる「きれいな」高周波トーンを作成する際に消費される電力が少なくなる。
【００１３】
以下の詳細な説明、及び図面のいくつかの図において、同様の要素は同様の参照符号で識別される。
【００１４】
図１は、種々の代表的な実施形態において説明されるような、振動性回路１００のブロック図である。図１において、振動性回路１００は、第１の発振器１１０と、第２の発振器１２０と、ミクサ回路１３０と、フィルタ１４０とを含む。第１の発振器１１０は、第１の共振器１１１と、第１の増幅器１１２とを含む。第２の発振器１２０は、第２の共振器１２１と、第２の増幅器１２２とを含む。
【００１５】
第１の増幅器１１２の出力は、第１の共振器１１１を介して、第１の増幅器１１２の入力にフィードバックされ、結果として、第１の発振器１１０は、第１の周波数ｆ０１において第１の発振信号１１５を生成し、第１の周波数ｆ０１は第１の共振器１１１の共振周波数である。
【００１６】
第２の増幅器１２２の出力は、第２の共振器１２１を介して、第２の増幅器１２２の入力にフィードバックされ、結果として、第２の発振器１２０は、第２の周波数ｆ０２において第２の発振信号１２５を生成し、第２の周波数ｆ０２は第２の共振器１２１の共振周波数である。
【００１７】
図１の代表的な実施形態では、第２の周波数ｆ０２は第１の周波数ｆ０１よりも高い。第１の発振器１１０及び第２の発振器１２０のために図１に示される細部は、例示にすぎない。第１の共振器１１１及び第２の共振器１２１とともに、種々の構成の発振器回路を用いることができる。
【００１８】
ミクサ回路１３０は、第１の発振器１１０から第１の周波数ｆ０１の第１の発振信号１１５を受信し、第２の発振器１２０から第２の周波数ｆ０２の第２の発振信号１２５を受信する。第１の発振信号１１５及び第２の発振信号１２５は、ミクサ回路１３０によって混合され、ミクサ信号１３５が生成される。ミクサ信号１３５は、第２の周波数ｆ０２から第１の周波数ｆ０１を引いた周波数に等しいビート周波数ｆＢにおける信号成分１３６（図２Ａを参照）と、第１の周波数ｆ０１と第２の周波数ｆ０２との和に等しい和周波数ｆＳにおける他の信号成分１３７（図２Ａを参照）とを含む。
【００１９】
フィルタ１４０は、ミクサ回路１３０からのミクサ信号１３５を受信し、ミクサ信号１３５のうちのビート周波数ｆＢの信号成分１３６を通過させ、ミクサ信号１３５のうちの和周波数ｆＳの他の信号成分１３７を阻止して、その結果、その出力として、本明細書で出力信号１４５とも呼ばれるフィルタ信号１４５が生じる。結果として、フィルタ信号１４５は主に、フィルタ１４０の伝達関数によって変化したビート周波数ｆＢの信号からなる。通常、フィルタ信号１４５のうちの和周波数ｆＳのあらゆる成分は、フィルタ１４０の伝達関数によって大きく減少するであろう。
【００２０】
図２Ａは、図１のミクサ信号１３５の成分のミクサ出力２３５対周波数のグラフである。ミクサ出力２３５はミクサ信号１３５であり、上述のように、ビート周波数ｆＢの信号成分１３６と、和周波数ｆＳの他の信号成分１３７とを含む。信号成分１３６及び他の信号成分１３７の両方が図２Ａに示される。信号成分１３６はビート周波数ｆＢ＝（ｆ０２−ｆ０１）においてプロットされ、他の信号成分１３７は和周波数ｆＳ＝（ｆ０２＋ｆ０１）においてプロットされる。また、図２Ａには、第１の周波数ｆ０１及び第２の周波数ｆ０２が相対的な位置に示される。
【００２１】
図２Ｂは、図１のフィルタ１４０のための伝達関数２５０対周波数のグラフである。図２Ｂの代表的な実施形態では、フィルタ１４０はローパスフィルタ１４０である。しかしながら、フィルタ１４０の伝達関数２５０がミクサ信号１３５のうちのビート周波数ｆＢにおける信号成分１３６を通過させ、ミクサ信号１３５のうちの和周波数ｆＳにおける他の信号成分１３７のような他の顕著な成分を阻止する限り、種々の構成のフィルタ１４０を用いることができる。そのような事情で、及び前述されたように、フィルタ１４０の出力におけるフィルタ信号１４５は主に、フィルタ１４０の伝達関数２５０によって変化したビート周波数ｆＢの信号を含む。一般に、その際、フィルタ信号１４５のうちの和周波数ｆＳにおけるあらゆる成分は、フィルタ１４０の伝達関数２５０によって大きく低減するであろう。
【００２２】
図２Ｃは、図１の第１の共振器１１１及び第２の共振器１２１に関する周波数温度係数ＴＣのグラフである。基準周波数ｆＲにおける共振回路の周波数温度係数ＴＣの値は、ＴＣ＝（１／ｆＲ）（ΔｆＲ／Δｔ）によって与えられ、ここで、ΔｆＲは、Δｔの温度変化によって引き起こされる、ｆＲの周波数シフトである。周波数温度係数ＴＣの値は一般に、摂氏度当たりの百万分率（ｐｐｍ／℃）として表される。所与の発振器において他の大きな周波数依存構成要素が存在しないものと仮定すると、その発振器の温度係数の値は、その共振回路の温度係数の値と同じになるであろう。第１の共振器１１１は第１の周波数温度係数ＴＣ１を有し、第２の共振器１２１は第２の周波数温度係数ＴＣ２を有する。第２の周波数温度係数ＴＣ２の値は、第１の周波数温度係数ＴＣ１よりも小さいことに留意されたい。
【００２３】
そして、振動性回路１００のビート周波数ｆＢは、第２の周波数ｆ０２を第２の周波数温度係数ＴＣ２と乗算したものから第１の周波数ｆ０１を第１の周波数温度係数ＴＣ１と乗算したものを引いた値に等しい回路周波数温度係数ＴＣＣを有する（即ち、ＴＣＣ＝［ｆ０２×ＴＣ２］−［ｆ０１×ＴＣ１］）。こうして、第１の周波数ｆ０１、第１の周波数温度係数ＴＣ１、第２の周波数ｆ０２、及び第２の周波数温度係数ＴＣ２は、特定の応用形態の要件を満たすように適切に選択され得る。これらのパラメータを慎重に調整する結果として、回路周波数温度係数ＴＣＣが、水晶振動子を使用することによって得られるものと同等、又はそれよりも良好になることができる。実際には、これらのパラメータを慎重に選択して、調整することにより、０の回路周波数温度係数ＴＣＣを得ることができる。
【００２４】
図２Ｄは、圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）の等価回路２６０の図である。圧電薄膜共振器は、それらの製造技術が集積回路の製造技術に適合し、結果として、他の技術よりもコスト、信頼性及びサイズに関して比較的有利になるという事実によって、本明細書の種々の代表的な実施形態に使用され得る。図２Ｄは、圧電薄膜共振器の修正バターワース・バンダイク（Butterworth-Van Dyke）モデルである。この等価回路２６０から、圧電薄膜共振器は、２つの共振周波数を有することが明らかである。第１の共振周波数は、直列共振周波数ｆＳＥＲと呼ばれ、インダクタＬＭ及びキャパシタＣＭの直列の組合せから生じる。第２の共振周波数は、並列共振周波数ｆＰＡＲと呼ばれ、シャントキャパシタＣＰと、上記のインダクタＬＭ及びキャパシタＣＭの直列の組合せとの並列の組合せから生じる。並列共振周波数ｆＰＡＲは反共振周波数ｆＰＡＲとも呼ばれる。抵抗ＲＳＥＲＩＥＳ及びシャント抵抗ＲＳＨＵＮＴは、その構造における理想的でない抵抗構成要素を表す。結果としての出力信号１４５の周波数を決定する際に、フィルタ１４０を適切に選択して、並列共振周波数ｆＰＡＲ又は直列共振周波数ｆＳＥＲのいずれかを選択することができる。上記の観点から、及び所与の具現化形態において、第１の共振器１１１の第１の周波数ｆ０１は、並列共振周波数ｆＰＡＲ又は直列共振周波数ｆＳＥＲのいずれかにすることができ、第２の共振器１２１の第２の周波数ｆ０２は、並列共振周波数ｆＰＡＲ又は直列共振周波数ｆＳＥＲのいずれかにすることができる。２つの圧電薄膜共振器のミクサ回路１３０の出力は、図２Ａに示される２つの周波数ではなく、８つの別個の周波数の信号の組み合わせであることは当業者には理解されよう。これらの８つの周波数は以下の通りである。即ち（１）ｆＰＡＲ−１±ｆＰＡＲ−２、（２）ｆＰＡＲ−１±ｆＳＥＲ−２、（３）ｆＳＥＲ−１±ｆＰＡＲ−２及び（４）ｆＳＥＲ−１±ｆＳＥＲ−２。結果として、任意の所与の応用形態において、フィルタ１４０は、不要な７つの周波数を、要求されるレベルまでフィルタリングする必要があるであろう。任意の所与の共振器の場合に、並列共振周波数ｆＰＡＲは、直列共振周波数ｆＳＥＲよりも低いので、適切に設計されたローパスフィルタ１４０は、周波数（ｆＰＡＲ−１−ｆＰＡＲ−２）だけを通過させることができる。
【００２５】
図３Ａは、種々の代表的な実施形態において説明されるような共振器構造３００の図である。図３Ａでは、一対の共振器３００が、第１の共振器１１１及び第２の共振器１２１からなり、それらの共振器が側面図で示されており、集積回路処理に適合する手順を用いて製造される。この例では、共振器１１１、１２１は圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）である。共振器１１１、１２１は基板３０５上に製造され、基板は、例えばシリコン３０５又は他の適切な材料とすることができ、共振器１１１、１２１は、力学的な波を利用する音響共振器であるので、それぞれ第１の空洞（キャビティ）３１１及び第２の空洞３１２の上に製造される。それらの空洞は、分離されなければ基板３０５に散逸されることになる振動エネルギーを低減するために、共振器１１１、１２１の振動する部分を基板３０５から分離する。第１の空洞３１１及び第２の空洞３１２は、基板３０５の上側表面３０６上に形成される。
【００２６】
第１の共振器１１１は、第１の空洞３１１の上に製造されて、橋渡しされる（架橋される）。第１の共振器１１１は、第１の下側電極３２１と、第１の上側電極３３１と、第１の下側電極３２１と第１の上側電極３３１との間に挟まれた第１の圧電構造体３４１とを含む。第１の圧電構造体３４１は、第１の下側電極３２１の上にある第１の下側圧電層３５１と、第１の下側圧電層３５１の上にある間隙層３６１と、間隙層３６１の上にある第１の上側圧電層３７１とを含む。第１の上側圧電層３７１の上には、第１の上側電極３３１がある。図３Ａには、第１の上側電極３３１の上にある質量負荷層３８１も示される。
【００２７】
第２の共振器１２１は、第２の空洞３１２の上に製造されて、橋渡しされる。第２の共振器１２１は、第２の下側電極３２２と、第２の上側電極３３２と、第２の下側電極３２２と第２の上側電極３３２との間に挟まれた第２の圧電構造体３４２とを含む。第２の圧電構造体３４２は、第２の下側電極３２２の上にある第２の下側圧電層３５２と、第２の下側圧電層３５２の上にある第２の上側圧電層３７２とを含む。第２の上側圧電層３７２の上には、第２の上側電極３３２がある。
【００２８】
圧電層３５１、３５２、３７１、３７２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は任意の適切な圧電材料を用いて製造され得る。窒化アルミニウムの場合、圧電層３５１、３５２、３７１、３７２は、適切な処理ステップにおいて、蒸着によって形成され得る。電極３２１、３２２、３３１、３３２は、例えば、モリブデン又は任意の他の適切な導体とすることができる。理想的には、間隙層３６１は、圧電層３５１、３５２、３７１、３７２よりも大きな、剛性係数対温度を有する。そのような場合に、間隙層３６１の剛性係数対温度を大きくする結果として、第１の周波数温度係数ＴＣ１が第２の周波数温度係数ＴＣ２よりも大きくなるであろう。モリブデンは、窒化アルミニウムの剛性係数対温度よりも大きな剛性係数対温度を有するので、間隙層３６１にモリブデンを用いることができる。
【００２９】
質量負荷層３８１、及び間隙層３６１の厚みを含む他の設計考慮事項、並びに種々の圧電層３５１、３５２、３７１、３７２の相対的な厚みに起因して、第１の共振器１１１は、第２の共振器１２１の第２の共振周波数ｆ０２（即ち、第２の周波数）よりも低い第１の共振周波数ｆ０１（即ち第１の周波数）を有するように製造され得る。一般に、質量負荷層３８１の重量を増すほど、共振器の共振周波数が低くなるであろう。また、圧電層（単数または複数）の厚みを増すほど、共振器の共振周波数が低くなるであろう。
【００３０】
一般に、質量負荷層３８１は主として、温度が変化しても変化しない「死荷重」としての役割を果たすので、質量負荷層３８１の重量が増しても、周波数温度係数は目につくほど変化しないであろう。しかしながら、さらに質量負荷を増していくと、望ましいか、又は望ましくないかは所与の応用形態によるが、第１の共振周波数ｆ０１が減少する。質量負荷を増していくほど、ビート周波数ｆＢが高くなるであろう。
【００３１】
図３Ｂは、種々の代表的な実施形態において説明されるような別の共振器構造３９０の図である。図３Ｂでは、一対の共振器３９０が、第１の共振器１１１及び第２の共振器１２１を含み、それらの共振器が側面図で示されており、図３Ａと同様に集積回路処理に適合する手順を用いて製造される。この例では、共振器１１１、１２１は圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）である。共振器１１１、１２１は基板３０５上に製造され、基板３０５は、例えば、シリコン３０５又は他の適切な材料とすることができる。図３Ｂでは、図３Ａとは対照的に、共振器１１１、１２１は、本明細書で空洞３１３とも呼ばれる、単一の空洞３１３の上に製造される。単一の空洞３１３は、基板３０５の上側表面３０６上に形成される。単一の空洞３１３は、図３Ａと同様に、基板３０５に散逸される振動エネルギーを低減するために、共振器１１１、１２１の振動する部分を基板３０５から分離する。しかしながら、図３Ｂの構造では、２つの共振器１１１、１２１間の振動結合を、図３Ａの構造で見出される振動結合よりも大きくすることができる。
【００３２】
第１の共振器１１１は単一の空洞３１３の上に製造される。第１の共振器１１１は、第１の下側電極３２１と、第１の上側電極３３１と、第１の下側電極３２１と第１の上側電極３３１との間に挟まれた第１の圧電構造体３４１とを含む。第１の圧電構造体３４１は、第１の下側電極３２１の上にある第１の下側圧電層３５１と、第１の下側圧電層３５１の上にある間隙層３６１と、間隙層３６１の上にある第１の上側圧電層３７１とを含む。第１の上側圧電層３７１の上には、第１の上側電極３３１がある。図３Ｂには、第１の上側電極３３１の上にある質量負荷層３８１も示される。
【００３３】
第２の共振器１２１も単一の空洞３１３の上に製造される。第２の共振器１２１は、第１の共振器１１１と共通の第１の下側電極３２１と、第２の上側電極３３２と、第１の下側電極３２１と第２の上側電極３３２との間に挟まれた第２の圧電構造体３４２とを含む。第２の圧電構造体３４２は、第１の下側電極３２１の上にある第２の下側圧電層３５２と、第２の下側圧電層３５２の上にある第２の上側圧電層３７２とを含む。第２の上側圧電層３７２の上には、第２の上側電極３３２がある。構造上の目的のために、図３Ｂは、下側接続圧電層３５３及び上側接続圧電層３７３も示す。
【００３４】
図３Ａと同様に、圧電層３５１、３５２、３７１、３７２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は任意の適切な圧電材料を用いて製造され得る。窒化アルミニウムの場合、圧電層３５１、３５２、３７１、３７２は、適切な処理ステップにおいて、蒸着によって形成され得る。電極３２１、３３１、３３２は、例えば、モリブデン又は任意の他の適切な導体とすることができる。理想的には、間隙層３６１は、圧電層３５１、３５２、３７１、３７２よりも大きな、剛性係数対温度を有する。そのような場合に、間隙層３６１の剛性係数対温度を大きくする結果として、第１の周波数温度係数ＴＣ１が第２の周波数温度係数ＴＣ２よりも大きくなるであろう。モリブデンは、窒化アルミニウムの剛性係数対温度よりも大きな剛性係数対温度を有するので、間隙層３６１にモリブデンを用いることができる。
【００３５】
質量負荷層３８１、及び間隙層３６１の厚みを含む他の設計考慮事項、並びに種々の圧電層３５１、３５２、３７１、３７２の相対的な厚みに起因して、第１の共振器１１１は、第２の共振器１２１の第２の共振周波数ｆ０２（即ち、第２の周波数）よりも低い第１の共振周波数ｆ０１（即ち第１の周波数）を有するように製造され得る。
【００３６】
図３Ｃは、種々の代表的な実施形態において説明されるような、さらに別の共振器構造３００の図である。図３Ｃの代替の実施形態では、図３Ａ及び図３Ｂの共振器構造３００、３９０とは対照的に、第１の共振器１１１の間隙層３６１が省かれる。図３Ｃでは、一対の共振器３００が、第１の共振器１１１及び第２の共振器１２１を含み、それらの共振器が側面図で示されており、集積回路処理に適合する手順を用いて製造される。この例では、共振器１１１、１２１は圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）である。共振器１１１、１２１は基板３０５上に製造され、基板は、例えばシリコン３０５又は他の適切な材料とすることができ、共振器１１１、１２１は、力学的な波を利用する音響共振器であるので、それぞれ第１の空洞３１１及び第２の空洞３１２の上に製造される。それらの空洞は、分離されなければ基板３０５に散逸されることになる振動エネルギーを低減するために、共振器１１１、１２１の振動する部分を基板３０５から分離する。第１の空洞３１１及び第２の空洞３１２は、基板３０５の上側表面３０６上に形成される。
【００３７】
第１の共振器１１１は、第１の空洞３１１の上に製造されて、橋渡しされる。第１の共振器１１１は、第１の下側電極３２１と、第１の圧電層３５１（第１の下側圧電層３５１）と、第１の上側電極３３１と、質量負荷層３８１とを含む。第１の圧電層３５１は第１の下側電極３２１の上にあり、第１の上側電極３３１は第１の圧電層３５１の上にあり、質量負荷層３８１は、第１の上側電極３３１の上にある。
【００３８】
第２の共振器１２１は、第２の空洞３１２の上に製造されて、橋渡しされる。第２の共振器１２１は、第２の下側電極３２２と、第２の圧電層３５２（第２の下側圧電層３５２）と、第２の上側電極３３２とを含む。第２の圧電層３５２は第２の下側電極３２２の上にあり、第２の上側電極３３２は第２の圧電層３５２の上にある。
【００３９】
圧電層３５１、３５２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は任意の適切な圧電材料を用いて製造され得る。窒化アルミニウムの場合、圧電層３５１、３５２は、適切な処理ステップにおいて、蒸着によって形成され得る。電極３２１、３２２、３３１、３３２は、例えば、モリブデン又は任意の他の適切な導体とすることができる。
【００４０】
好適には、図３Ｃの実施形態の質量負荷層３８１は、温度とともに大きな剛性変化を受ける材料、特に第２の上側電極３３２よりも大きな剛性変化を受ける材料である。質量負荷層３８１は酸化物とすることができる。さらに、質量負荷層３８１は有機材料とすることができ、その有機材料は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＹ（有機材料のポリイミド類の１つ）、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）又は他の適切な材料とすることができる。質量負荷層３８１は樹脂とすることもできる。この樹脂は、低誘電率の誘電体樹脂とすることができる。低誘電率材料は一般に、３．５以下の誘電率を有する。適切な低誘電率の誘電体樹脂の一例は、Dow Chemical社のＳｉＬＫ（Ｒ）材料である。ＳｉＬＫ（Ｒ）は、温度とともに軟化する有機材料である。そういうものだから、質量負荷層３８１の剛性係数対温度が大きくなる結果として、第１の周波数温度係数ＴＣ１が第２の周波数温度係数ＴＣ２よりも大きくなるであろう。付加的な保護層が、質量負荷層３８１の上を覆うこともできる。
【００４１】
質量負荷層３８１に起因して、第１の共振器１１１は、第２の共振器１２１の第２の共振周波数ｆ０２（即ち、第２の周波数）よりも低い第１の共振周波数ｆ０１（即ち、第１の周波数）を有するように製造され得る。一般に、質量負荷層３８１の重量を増すほど、共振器の共振周波数が低くなるであろう。また、圧電層（単数または複数）の厚みを増すほど、共振器の共振周波数が低くなるであろう。
【００４２】
質量負荷層３８１の材料が第１の上側電極３３１及び第２の上側電極３３２の材料とは異なる、この代表的な実施形態の場合、質量負荷層３８１の厚み及び材料は、温度の変化とともに質量負荷層３８１の剛性が変化するのに応じて、周波数温度係数を大幅に変化させることができる。質量負荷が大きくなるほど、ビート周波数ｆＢが高くなるであろう。
【００４３】
また、代表的な実施形態では、第１の共振器１１１及び第２の共振器１２１は、図３Ｂと類似して１つだけの空洞３１３の上に構成されることもできる。
【００４４】
図３Ｄは、種々の代表的な実施形態において説明されるような、さらに別の共振器構造３００の図である。図３Ｄの代替の実施形態では、図３Ｃと同様に、図３Ａ及び図３Ｂの共振器構造３００、３９０とは対照的に、第１の共振器１１１の間隙層３６１が省かれる。図３Ｄでは、一対の共振器３００が、第１の共振器１１１及び第２の共振器１２１からなり、それらの共振器が側面図で示されており、集積回路処理に適合する手順を用いて製造される。この例では、共振器１１１、１２１は圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）である。それらの共振器１１１、１２１は基板３０５上に形成され、基板は、例えば、シリコン３０５又は他の適切な材料とすることができ、共振器１１１、１２１は、力学的な波を利用する音響共振器であるので、それぞれ第１の空洞３１１及び第２の空洞３１２の上に製造される。それらの空洞は、分離されなければ基板３０５に散逸されることになる振動エネルギーを低減するために、共振器１１１、１２１の振動する部分を基板３０５から分離する。第１の空洞３１１及び第２の空洞３１２は、基板３０５の上側表面３０６上に形成される。
【００４５】
第１の共振器１１１は、第１の空洞３１１の上に製造されて、橋渡しされる。第１の共振器１１１は、下側質量負荷層３８２と、第１の下側電極３２１と、第１の圧電層３５１（第１の下側圧電層３５１）と、第１の上側電極３３１と、オプションの質量負荷層３８１とを含む。第１の下側電極３２１は、下側質量負荷層３８２の上にあり、第１の圧電層３５１は、第１の下側電極３２１の上にあり、第１の上側電極３３１は第１の圧電層３５１の上にあり、オプションの質量負荷層３８１は第１の上側電極３３１の上にある。
【００４６】
好適には、図３Ｄの実施形態の下側質量負荷層３８２は、温度とともに大きな剛性変化を受ける材料、特に第２の下側電極３２２よりも大きな剛性変化を受ける材料である。下側質量負荷層３８２は酸化物とすることができる。さらに、下側質量負荷層３８２は有機材料とすることができ、その有機材料は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＹ（有機材料のポリイミド類の１つ）、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）又は他の適切な材料とすることができる。下側質量負荷層３８２は樹脂とすることもできる。この樹脂は、低誘電率の誘電体樹脂とすることができる。低誘電率材料は一般に、３．５以下の誘電率を有する。適切な低誘電率の誘電体樹脂の一例は、Dow Chemical社のＳｉＬＫ（Ｒ）材料である。ＳｉＬＫ（Ｒ）は、温度とともに軟化する有機材料である。そういうものだから、下側質量負荷層３８２の剛性係数対温度が大きくなる結果として、第１の周波数温度係数ＴＣ１が第２の周波数温度係数ＴＣ２よりも大きくなるであろう。
【００４７】
第２の共振器１２１は、第２の空洞３１２の上に製造されて、橋渡しされる。第２の共振器１２１は、第２の下側電極３２２と、第２の圧電層３５２（第２の下側圧電層３５２）と、第２の上側電極３３２とを含む。第２の圧電層３５２は、第２の下側電極３２２の上にあり、第２の上側電極３３２は、第２の圧電層３５２の上にある。
【００４８】
圧電層３５１、３５２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は任意の適切な圧電材料を用いて製造され得る。窒化アルミニウムの場合、圧電層３５１、３５２は、適切な処理ステップにおいて、蒸着によって形成され得る。電極３２１、３２２、３３１、３３２は、例えば、モリブデン又は任意の他の適切な導体とすることができる。質量負荷層３８１は、例えば、モリブデン又は任意の他の適切な材料とすることができる。
【００４９】
下側質量負荷層３８２に起因して、第１の共振器１１１は、第２の共振器１２１の第２の共振周波数ｆ０２（即ち、第２の周波数）よりも低い第１の共振周波数ｆ０１（即ち第１の周波数）を有するように製造され得る。一般に、下側質量負荷層３８２の重量及び質量負荷層３８１の重量を増すほど、共振器の共振周波数が低くなるであろう。また、圧電層（単数または複数）の厚みを増すほど、共振器の共振周波数が低くなるであろう。
【００５０】
下側質量負荷層３８２の材料が第２の下側電極３２２の材料とは異なる、この代表的な実施形態の場合、下側質量負荷層３８２の厚み及び材料は、温度の変化とともに下側質量負荷層３８２の剛性が変化するのに応じて、周波数温度係数を大幅に変化させることができる。質量負荷が大きくなるほど、ビート周波数ｆＢが高くなるであろう。
【００５１】
また、代表的な実施形態では、第１の共振器１１１及び第２の共振器１２１は、図３Ｂと類似して１つだけの空洞３１３の上に構成されることもできる。
【００５２】
図４は、図３Ａ及び図３Ｂの共振器構造３００、３９０を製造するための方法４００の流れ図である。ブロック４１０では、図３Ａの共振器構造３００の場合に、空洞３１１、３１２が基板３０５内にエッチングされる。しかしながら、図３Ｂの他の共振器構造３９０の場合、基板３０５内にただ１つの空洞３１３がエッチングされる。次いで、ブロック４１０はブロック４２０に制御を渡す。
【００５３】
ブロック４２０では、図３Ａの共振器構造３００の場合に、空洞３１１、３１２が犠牲材料で満たされる。図３Ｂの他の共振器構造３９０の場合、単一の空洞３１３が犠牲材料で満たされる。犠牲材料は後に除去されることができ、リン珪酸ガラス材料とすることができる。次いで、ブロック４２０はブロック４３０に制御を渡す。
【００５４】
ブロック４３０では、図３Ａの共振器構造３００の場合に、第１の下側電極３２１及び第２の下側電極３２２が製造される。図３Ｂの他の共振器構造３９０の場合、第１の下側電極３２１が製造される。図３Ａの場合には、第１の下側電極３２１及び第２の下側電極３２２、又は図３Ｂの場合には、第１の下側電極３２１が、金属堆積及びフォトリソグラフィのような良く知られた技術を用いて製造され得る。一例として、ウェーハ上にモリブデンの層を堆積し、その後、そのウェーハ上にフォトレジストをスピニングすることができ、フォトレジストを露光して、そのフォトレジストを適切にパターニングすることができ、その後、フォトレジストを現像することができ、次いでモリブデンをエッチングすることができる。次いで、ブロック４３０はブロック４４０に制御を渡す。
【００５５】
ブロック４４０では、図３Ａの共振器構造３００の場合に、下側圧電層３５１、３５２（それらの層は同時に堆積される同じ層とすることができ、本明細書では、パターニング前にまとめて下側ウェーハ圧電層３５０と呼ばれる）が下側電極３２１、３２２の上に堆積される。図３Ｂの他の共振器構造３９０の場合、下側圧電層３５１、３５２が第１の下側電極３２１の上に堆積される。再び、良く知られたフォトリソグラフィのステップを用いて、第１の下側圧電層３５１及び第２の下側圧電層３５２が画定されて、形成される。一例として、ウェーハ上に窒化アルミニウムの層を堆積し、その後、そのウェーハ上にフォトレジストをスピニングすることができ、そのフォトレジストを露光して、フォトレジストを適切にパターニングすることができ、その後、フォトレジストを現像して、次いで窒化アルミニウムをエッチングすることができる。次いで、ブロック４４０はブロック４５０に制御を渡す。
【００５６】
ブロック４５０では、間隙層３６１が、第１の共振器１１１の第１の下側圧電層３５１の上に加えられる。間隙層３６１は、金属堆積及びフォトリソグラフィのような良く知られた技術を用いて製造され得る。一例として、ウェーハ上にモリブデンの層を堆積し、その後、基板３０５上にフォトレジストをスピニングすることができる。フォトレジストを露光して、フォトレジストを適切にパターニングすることができ、その後、フォトレジストを現像することができ、次いでモリブデンをエッチングすることができる。次いで、ブロック４５０はブロック４６０に制御を渡す。
【００５７】
ブロック４６０では、上側圧電層３７１、３７２（それらの層は同時に堆積される同じ層とすることができ、本明細書では、パターニング前にまとめて上側ウェーハ圧電層３７０と呼ぶことができる）が、第１の共振器１１１における間隙層３６１の上に、かつ第２の共振器１２１における第２の下側圧電層３５２の上に堆積される。再び、良く知られたフォトリソグラフィのステップを用いて、第１の上側圧電層３７１及び第２の上側圧電層３７２が画定されて、形成される。一例として、ウェーハ上に窒化アルミニウムの層を堆積し、その後、そのウェーハ上にフォトレジストをスピニングすることができ、フォトレジストを露光して、そのフォトレジストを適切にパターニングすることができ、その後、フォトレジストを現像することができ、次いで窒化アルミニウムをエッチングすることができる。次いで、ブロック４６０はブロック４７０に制御を渡す。
【００５８】
ブロック４７０では、第１の上側電極３３１及び第２の上側電極３３２が製造される。第１の上側電極３３１及び第２の上側電極３３２は、金属堆積及びフォトリソグラフィのような良く知られた技術を用いて製造され得る。一例として、上側圧電層３７１、３７２の上にモリブデンの層を堆積し、その後、堆積されたモリブデン上にフォトレジストをスピニングすることができる。フォトレジストを露光して、そのフォトレジストを適切にパターニングすることができ、その後、フォトレジストを現像することができ、次いでモリブデンをエッチングして、第１の上側電極３３１及び第２の上側電極３３２を形成することができる。次いで、ブロック４７０はブロック４８０に制御を渡す。
【００５９】
ブロック４８０では、質量負荷層３８１が、第１の共振器１１１の第１の上側電極３３１の上に加えられる。質量負荷層３８１は、金属堆積及びフォトリソグラフィのような良く知られた技術を用いて製造され得る。一例として、ウェーハ上にモリブデン又は他の材料の層を堆積し、その後、そのウェーハ上にフォトレジストをスピニングすることができる。フォトレジストを露光して、そのフォトレジストを適切にパターニングすることができ、その後、フォトレジストを現像することができ、次いでモリブデンをエッチングして、第１の上側電極３３１の上に質量負荷層３８１を残すことができる。次いで、ブロック４８０はブロック４８５に制御を渡す。
【００６０】
ブロック４８５では、第１の上側電極３３１の厚みの一部及び第２の上側電極３３２の厚みの一部が除去されるか、又は第２の上側電極３３２の厚みの一部及び質量負荷層３８１の厚みの一部が除去される。代わりに、必要に応じて、ブロック４８０の処理の前に、ブロック４８５の処理を行うことができる。次いで、ブロック４８５はブロック４９０に制御を渡す。
【００６１】
ブロック４９０では、第２の圧電層３５２の厚みを維持しながら第１の圧電層３５１の厚みの一部が除去されるか、第１の圧電層３５１の厚みを維持しながら第２の圧電層３５２の厚みの一部が除去されるか、第２の上側電極３３２の厚みを維持しながら第１の上側電極３３１の厚みの一部が除去されるか、第１の上側電極３３１の厚みを維持しながら第２の上側電極３３２の厚みの一部が除去されるか、第２の上側電極３３２の厚みを維持しながら質量負荷層３８１の厚みの一部が除去されるか、又は質量負荷層３８１の厚みを維持しながら第２の上側電極３３２の厚みの一部が除去される。代わりに、必要に応じて、ブロック４７０の処理の前に、又はブロック４８０の処理の前に、ブロック４９０の処理を行うことができる。次いで、ブロック４９０はブロック４９５に制御を渡す。
【００６２】
ブロック４９５では、図３Ａの共振器構造３００の場合に、空洞３１１、３１２内に以前に堆積された犠牲材料が除去される。図３Ｂの他の共振器構造３９０の場合、単一の空洞３１３内に以前に堆積された犠牲材料が除去される。犠牲材料がガラスである場合には、フッ化水素酸を用いて、必要に応じて、空洞３１１、３１２、又は単一の空洞３１３から犠牲材料をエッチングすることができる。次いで、ブロック４９５は、そのプロセスを終了する。
【００６３】
一例として、第１の発振器１１０は第１の共振器１１１を用いて、２．３ＧＨｚの第１の周波数ｆ０１において第１の発振信号１１５を生成することができ、第２の発振器１２０は第２の共振器１２１を用いて、２．０ＧＨｚの第２の周波数ｆ０２において第２の発振信号１２５を生成することができる。その際、ビート周波数ｆＢは３００ＭＨｚになるであろう。
【００６４】
当業者には知られているように、他の代表的な実施形態では、説明されたばかりの構造に類似した構造をもたらすために、上述のプロセスに対して種々の変更を加えることができる。詳細には、上記のプロセスは、図３Ａの第１の共振器１１１だけが基板３０５上に製造されるように修正され得る。こうした場合、上記の教示を用いて、第１の周波数ｆ０１及び周波数温度係数ＴＣの両方を修正することができる。間隙層３６１が、第１の下側圧電層３５１及び第１の上側圧電層３７１よりも小さな剛性係数対温度を有する場合には、第１の周波数温度係数ＴＣ１は、間隙層３６１が存在しない場合よりも小さくなるであろう。それとは関係なく、間隙層３６１のパラメータを調整することによって、第１の周波数温度係数ＴＣ１を調整することができる。さらに、イオンミリングステップとともに追加のフォトリソグラフィのステップを含めることによって、第１の周波数ｆ０１及び第２の周波数ｆ０２の一方または双方を修正することができる。また、ある特定のステップ、例えば（１）ブロック４５０のステップ（間隙層を加えるステップ）及び（２）ブロック４６０のステップ（上側圧電層を加えるステップ）を必要に応じて除去することにより、図３Ｃの代表的な実施形態を構成することができる。
【００６５】
図５Ａは、図３Ａ及び図３Ｂの共振器構造３００、３９０の回路周波数温度係数ＴＣＣ対上側共振器層３９５の除去される厚みのグラフである。図中では具体的に特定されないが、本明細書では、質量負荷層３８１及び第２の上側電極３３２が、まとめて上側共振器層３９５と呼ばれる。図５Ｂは、図３Ａの共振器構造３００及び図３Ｂの他の共振器構造３９０のビート周波数ｆＢ対除去される上側共振器層３９５の厚みのグラフである。図５Ａ及び図５Ｂでは、上側共振器層３９５の材料は、質量負荷層３８１及び第２の上側電極３３２を等しい量だけ除去する、ウェーハにわたる全体的除去プロセスを用いて除去され、その除去プロセスはイオンミリングとすることができる。全体的イオンミリングは、第１の共振器１１１の第１の共振周波数ｆ０１及び第２の共振器１２１の第２の共振周波数ｆ０２、並びに第１の共振器１１１の第１の周波数温度係数ＴＣ１及び第２の共振器１２１の第２の周波数温度係数ＴＣ２の両方を調整する。その際、全体的イオンミリングは、振動性回路１００の結果として生じるビート周波数ｆＢ、及びビート周波数ｆＢの最終的な温度ドリフト（回路周波数温度係数ＴＣＣ）の両方を調整する。かくして、全体的イオンミリングを用いて、振動性回路１００のビート周波数ｆＢ、ビート周波数ｆＢの最終的な温度ドリフト（回路周波数温度係数ＴＣＣ）の両方ではなく、いずれかを調整対象にすることができる。また、全体的イオンミリングは、質量負荷層３８１を加える前に、第１の上側電極３３１及び第２の上側電極３３２上で実行されることもできる。
【００６６】
図６Ａは、図３Ａ及び図３Ｂの共振器構造３００、３９０の回路周波数温度係数ＴＣＣ対質量負荷層３８１の除去される厚みのグラフである。図６Ｂは、図３Ａ及び図３Ｂの共振器構造３００、３９０のビート周波数ｆＢ対質量負荷層３８１の除去される厚みのグラフである。図６Ａ及び図６Ｂでは、厚み除去プロセスは、質量負荷層３８１から材料を除去する差別的イオンミリングプロセスと呼ばれるが、第２の上側電極３３２から材料を除去するためにも使用され得る。したがって、差別的イオンミリングは、第１の共振器１１１の第１の共振周波数ｆ０１又は第２の共振器１２１の第２の共振周波数ｆ０２のいずれか、及び第１の共振器１１１の第１の周波数温度係数ＴＣ１又は第２の共振器１２１の第２の周波数温度係数ＴＣ２のいずれかを調整することができる。その際、差別的イオンミリングは、振動性回路１００の結果として生じるビート周波数ｆＢ、及びビート周波数ｆＢの最終的な温度ドリフト（回路周波数温度係数ＴＣＣ）の両方を調整する。かくして、差別的イオンミリングを用いて、共振回路１００のビート周波数ｆＢ、ビート周波数ｆＢの最終的な温度ドリフト（回路周波数温度係数ＴＣＣ）の両方ではなく、いずれかを調整対象にすることができる。また、差別的イオンミリングプロセスを用いて、第２の圧電層３５２の厚みを維持しながら第１の圧電層３５１の厚みの一部を除去するか、第１の圧電層３５１の厚みを維持しながら第２の圧電層３５２の厚みの一部を除去するか、第２の上側電極３３２の厚みを維持しながら第１の上側電極３３１の厚みの一部を除去するか、第１の上側電極３３１の厚みを維持しながら第２の上側電極３３２の厚みの一部を除去するか、第２の上側電極３３２の厚みを維持しながら質量負荷層３８１の厚みの一部を除去するか、又は、質量負荷層３８１の厚みを維持しながら第２の上側電極３３２の厚みの一部を除去することもできる。
【００６７】
図６Ａ及び図６Ｂから、全体的イオンミリングプロセスの対象を決める前または後において、最終的なビート周波数ｆＢ又は最終的な回路周波数温度係数ＴＣＣのいずれかを調整対象にするために、差別的イオンミリングを実施できることは明らかである。そういうものだから、これらの２つのプロセス（全体的イオンミリング及び差別的イオンミリング）を組み合わせることにより、所望のビート周波数ｆＢ及び回路周波数温度係数ＴＣＣ（即ち、ビート周波数ｆＢの周波数温度係数）の両方を調整対象にすることができる。
【００６８】
代表的な例では、第１の圧電構造体３４１の中央に５０ｎｍ（５００オングストローム）のモリブデンを用いて、１６５ＭＨｚ及び約０ｐｐｍ／℃の回路周波数温度係数ＴＣＣのビート周波数ｆＢを生成することができる。共振器構造３００のための代表的な値は以下の通りである。（１）第１の下側電極３２１、第２の下側電極３２２、第１の上側電極３３１及び第２の上側電極３３２はそれぞれ１５０ｎｍ（１５００オングストローム）のモリブデンであり、（２）第１の下側圧電層３５１、第２の下側圧電層３５２、第１の上側圧電層３７１及び第２の上側圧電層３７２はそれぞれ１．１μｍ（１．１ミクロン）の窒化アルミニウムであり、及び（３）間隙層３６１及び質量負荷層３８１はそれぞれ１００ｎｍ（１０００オングストローム）のモリブデンである。
【００６９】
図７は、図３Ｃの共振器構造３００を製造するための方法７００の流れ図である。適切に修正することにより、このプロセスを用いて、図３Ｃと同様であるが、図３Ｂに示されるような１つの空洞３１３だけを有する構造を形成することもできる。ブロック７１０では、空洞３１１、３１２又は単一の空洞３１３が基板３０５内にエッチングされる。次いで、ブロック７１０は、ブロック７２０に制御を渡す。
【００７０】
ブロック７２０では、空洞３１１、３１２又は単一の空洞３１３が犠牲材料で満たされる。犠牲材料は後に除去されることができ、リン珪酸ガラス材料とするすることができる。次いで、ブロック７２０はブロック７３０に制御を渡す。
【００７１】
ブロック７３０では、第１の下側電極３２１及び第２の下側電極３２２が製造されるか、又は一体となった第１の下側電極３２１が製造される。第１の下側電極３２１及び第２の下側電極３２２、又は一体となった第１の下側電極３２１は、金属堆積及びフォトリソグラフィのような良く知られた技術を用いて製造され得る。一例として、ウェーハ上にモリブデンの層を堆積し、その後、そのウェーハ上にフォトレジストをスピニングすることができ、フォトレジストを露光して、そのフォトレジストを適切にパターニングすることができ、その後、フォトレジストを現像して、次いでモリブデンをエッチングすることができる。次いで、ブロック７３０はブロック７４０に制御を渡す。
【００７２】
ブロック７４０では、第１の圧電層３５１及び第２の圧電層３５２（それらの層は同時に堆積される同じ層とすることができ、本明細書では、パターニング前にまとめて下側ウェーハ圧電層３５０と呼ばれる）が第１の電極３２１及び第２の電極３２２の上に、又は一体となった下側電極３２１の上に堆積される。再び、良く知られたフォトリソグラフィのステップを用いて、第１の圧電層３５１及び第２の圧電層３５２が画定されて、形成される。一例として、ウェーハ上に窒化アルミニウムの層を堆積し、その後、そのウェーハ上にフォトレジストをスピニングすることができ、フォトレジストを露光して、そのフォトレジストを適切にパターニングすることができ、その後、フォトレジストを現像して、次いで窒化アルミニウムをエッチングすることができる。次いで、ブロック７４０はブロック７７０に制御を渡す。
【００７３】
ブロック７７０では、第１の上側電極３３１及び第２の上側電極３３２が製造される。第１の上側電極３３１及び第２の上側電極３３２は、金属堆積及びフォトリソグラフィのような良く知られた技術を用いて製造され得る。一例として、第１の圧電層３５１及び第２の圧電層３５２の上にモリブデンの層を堆積し、その後、堆積されたモリブデンの上にフォトレジストをスピニングすることができる。フォトレジストを露光して、そのフォトレジストを適切にパターニングすることができ、その後、フォトレジストを現像することができ、次いでモリブデンをエッチングして、第１の上側電極３３１及び第２の上側電極３３２を形成することができる。次いで、ブロック７７０は、ブロック７８０に制御を渡す。
【００７４】
ブロック７８０では、質量負荷層３８１が、第１の共振器１１１の第１の上側電極３３１の上に加えられる。質量負荷層３８１は、堆積及びフォトリソグラフィのような良く知られた技術を用いて製造され得る。この実施形態における質量負荷層３８１の剛性の温度係数は、第２の上側電極３３２とは異なる。前述されたように、質量負荷層３８１のために種々のオプションが存在する。質量負荷層３８１が有機材料又は樹脂であると仮定する。ウェーハ上に有機材料又は樹脂を堆積し、その後、そのウェーハ上にフォトレジストをスピニングすることができる。フォトレジストを露光して、そのフォトレジストを適切にパターニングすることができ、その後、フォトレジストを現像することができ、次いでその材料をエッチングして、第１の上側電極３３１の上に質量負荷層３８１を残すことができる。次いで、ブロック７８０はブロック７８５に制御を渡す。
【００７５】
ブロック７８５では、第１の上側電極３３１の厚みの一部及び第２の上側電極３３２の厚みの一部が除去されるか、又は第２の上側電極３３２の厚みの一部及び質量負荷層３８１の厚みの一部が除去される。上記の手順の代わりに、必要に応じて、ブロック７８０の処理の前に、ブロック７８５の処理を行うことができる。次いで、ブロック７８５はブロック７９０に制御を渡す。
【００７６】
ブロック７９０では、第２の圧電層３５２の厚みを維持しながら第１の圧電層３５１の厚みの一部が除去されるか、第１の圧電層３５１の厚みを維持しながら第２の圧電層３５２の厚みの一部が除去されるか、第２の上側電極３３２の厚みを維持しながら第１の上側電極３３１の厚みの一部が除去されるか、第１の上側電極３３１の厚みを維持しながら第２の上側電極３３２の厚みの一部が除去されるか、第２の上側電極３３２の厚みを維持しながら質量負荷層３８１の厚みの一部が除去されるか、又は、質量負荷層３８１の厚みを維持しながら第２の上側電極３３２の厚みの一部が除去される。代わりに、必要に応じて、ブロック７７０の処理の前に、又はブロック７８０の処理の前に、又はブロック７８５の処理の前に、ブロック７９０の処理を行うことができる。次いで、ブロック７９０はブロック７９５に制御を渡す。
【００７７】
ブロック７９５では、空洞３１１、３１２又は単一の空洞３１３内に以前に堆積された犠牲材料が除去される。犠牲材料がガラスである場合には、フッ化水素酸を用いて、必要に応じて、空洞３１１、３１２又は単一の空洞３１３から犠牲材料をエッチングすることができる。次いで、ブロック７９５はそのプロセスを終了する。
【００７８】
上記方法の代替の実施形態では、質量負荷層３８１が、第１の上側電極３３１及び第２の上側電極３３２を加えるステップの前に、第１の共振器１１１の第１の圧電層３５１の上に加えられる。言い換えると、ブロック７７０及び７８０の順序が入れ替えられる。
【００７９】
図８は、図３Ｄの共振器構造３００を製造するための方法８００の流れ図である。適切に修正することにより、このプロセスを用いて、図３Ｄと同様であるが、図３Ｂに示されるような１つの空洞３１３だけを有する構造を形成することもできる。ブロック８１０では、空洞３１１、３１２又は単一の空洞３１３が基板３０５内にエッチングされる。次いで、ブロック８１０は、ブロック８２０に制御を渡す。
【００８０】
ブロック８２０では、空洞３１１、３１２又は単一の空洞３１３が犠牲材料で満たされる。犠牲材料は後に除去することができ、リン珪酸ガラス材料とすることができる。その後、ブロック８２０はブロック８２５に制御を渡す。
【００８１】
ブロック８２５では、下側質量負荷層３８２が製造される。下側質量負荷層３８２は、堆積及びフォトリソグラフィのような良く知られた技術を用いて製造され得る。この実施形態における下側質量負荷層３８２の剛性の温度係数は、第２の下側電極３２２、又は単一の空洞３１３の場合の一体となった下側電極３２１とは異なる。前述されたように、下側質量負荷層３８２のために種々のオプションが存在する。下側質量負荷層３８２が有機材料又は樹脂であると仮定する。ウェーハ上に有機材料又は樹脂を堆積し、その後、そのウェーハ上にフォトレジストをスピニングすることができる。フォトレジストを露光して、そのフォトレジストを適切にパターニングすることができ、その後、フォトレジストを現像することができ、次いでその材料をエッチングして、第１の上側電極３３１の上に下側質量負荷層３８２を残すことができる。次いで、ブロック８２５はブロック８３０に制御を渡す。
【００８２】
ブロック８３０では、第１の下側電極３２１及び第２の下側電極３２２が製造されるか、又は一体となった第１の下側電極３２１が製造される。第１の下側電極３２１及び第２の下側電極３２２、又は一体となった第１の下側電極３２１は、金属堆積及びフォトリソグラフィのような良く知られた技術を用いて製造され得る。一例として、ウェーハ上にモリブデンの層を堆積し、その後、そのウェーハ上にフォトレジストをスピニングすることができ、フォトレジストを露光して、そのフォトレジストを適切にパターニングすることができ、その後、フォトレジストを現像することができ、次いでモリブデンをエッチングすることができる。次いで、ブロック８３０はブロック８４０に制御を渡す。
【００８３】
ブロック８４０では、第１の圧電層３５１及び第２の圧電層３５２（それらの層は同時に堆積される同じ層とすることができ、本明細書では、パターニング前にまとめて下側ウェーハ圧電層３５０と呼ばれる）が第１の電極３２１及び第２の電極３２２の上に、又は一体となった下側電極３２１の上に堆積される。再び、良く知られたフォトリソグラフィのステップを用いて、第１の圧電層３５１及び第２の圧電層３５２が画定されて、形成される。一例として、ウェーハ上に窒化アルミニウムの層を堆積し、その後、そのウェーハ上にフォトレジストをスピニングすることができ、フォトレジストを露光して、そのフォトレジストを適切にパターニングすることができ、その後、フォトレジストを現像することができ、次いで窒化アルミニウムをエッチングすることができる。次いで、ブロック８４０はブロック８７０に制御を渡す。
【００８４】
ブロック８７０では、第１の上側電極３３１及び第２の上側電極３３２が製造される。第１の上側電極３３１及び第２の上側電極３３２は、金属堆積及びフォトリソグラフィのような良く知られた技術を用いて製造され得る。一例として、第１の圧電層３５１及び第２の圧電層３５２上にモリブデンの層を堆積し、その後、堆積されたモリブデン上にフォトレジストをスピニングすることができる。フォトレジストを露光して、そのフォトレジストを適切にパターニングすることができ、その後、フォトレジストを現像することができ、次いでモリブデンをエッチングして、第１の上側電極３３１及び第２の上側電極３３２を形成することができる。次いで、ブロック８７０はブロック８８０に制御を渡す。
【００８５】
ブロック８８０では、質量負荷層３８１が、第１の共振器１１１の第１の上側電極３３１の上に加えられる。質量負荷層３８１は、堆積及びフォトリソグラフィのような良く知られた技術を用いて製造され得る。例えば、ウェーハ上にモリブデンを堆積し、その後、そのウェーハ上にフォトレジストをスピニングすることができる。フォトレジストを露光して、そのフォトレジストを適切にパターニングすることができ、その後、フォトレジストを現像することができ、次いでモリブデンをエッチングして、第１の上側電極３３１の上に質量負荷層３８１を残すことができる。次いで、ブロック８８０はブロック８８５に制御を渡す。
【００８６】
ブロック８８５では、第１の上側電極３３１の厚みの一部及び第２の上側電極３３２の厚みの一部が除去されるか、又は第２の上側電極３３２の厚みの一部及び質量負荷層３８１の厚みの一部が除去される。代わりに、必要に応じて、ブロック８８０の処理の前に、ブロック８８５の処理を行うことができる。次いで、ブロック８８５はブロック８９０に制御を渡す。
【００８７】
ブロック８９０では、第２の圧電層３５２の厚みを維持しながら第１の圧電層３５１の厚みの一部が除去されるか、第１の圧電層３５１の厚みを維持しながら第２の圧電層３５２の厚みの一部が除去されるか、第２の上側電極３３２の厚みを維持しながら第１の上側電極３３１の厚みの一部が除去されるか、第１の上側電極３３１の厚みを維持しながら第２の上側電極３３２の厚みの一部が除去されるか、第２の上側電極３３２の厚みを維持しながら質量負荷層３８１の厚みの一部が除去されるか、又は質量負荷層３８１の厚みを維持しながら第２の上側電極３３２の厚みの一部が除去される。代わりに、必要に応じて、ブロック８７０の処理の前に、又はブロック８８０の処理の前に、又はブロック８８５の処理の前に、ブロック８９０の処理を行うことができる。次いで、ブロック８９０はブロック８９５に制御を渡す。
【００８８】
ブロック８９５では、空洞３１１、３１２又は単一の空洞３１３内に以前に堆積された犠牲材料が除去される。犠牲材料がガラスである場合には、フッ化水素酸を用いて、必要に応じて、空洞３１１、３１２又は単一の空洞３１３から犠牲材料をエッチングすることができる。次いで、ブロック８９５はそのプロセスを終了する。
【００８９】
上記方法の代替の実施形態では、下側質量負荷層３８２が、第１の上側電極３３１及び第２の上側電極３３２を加えるステップの後に、第１の共振器１１１の第１の圧電層３５１の下に加えられる。言い換えると、ブロック８２５及び８３０の順序が入れ替えられる。
【００９０】
図９は、図１の振動性回路１００の一部を製造するための方法９００の流れ図である。ブロック９１０では、第１の周波数ｆ０１において第１の発振信号１１５を生成するように構成され、第１の周波数温度係数ＴＣ１を有する第１の発振器１１０が製造される。次いで、ブロック９１０はブロック９２０に制御を渡す。
【００９１】
ブロック９２０では、第２の周波数ｆ０２において第２の発振信号１２５を生成するように構成され、第２の周波数温度係数ＴＣ２を有する第２の発振器１２０が製造され、この場合、第２の周波数ｆ０２は第１の周波数ｆ０１よりも高く、第２の周波数温度係数ＴＣ２は第１の周波数温度係数ＴＣ１よりも小さく、第２の周波数ｆ０２に第２の周波数温度係数ＴＣ２を掛けたものと、第１の周波数ｆ０１に第１の周波数温度係数ＴＣ１を掛けたものとの差は０に等しい。次いで、ブロック９２０はブロック９３０に制御を渡す。
【００９２】
ブロック９３０では、第１の発振器１１０の出力及び第２の発振器１２０の出力が互いに接続される。次いで、ブロック９３０はそのプロセスを終了する。
【００９３】
第１の下側圧電層３５１及び第２の下側圧電層３５２の圧電材料に、窒化アルミニウム以外の種々の材料を用いることができる。また、下側電極３２１、３２２に、間隙層３６１に、及び上側電極３３１、３３２に、モリブデン以外の材料を用いることもできる。さらに、種々の他の構造も実現することができる。
【００９４】
代表的な実施形態では、一対の共振器１１１、１２１を用いる発振器回路１１０、１２０は、その共振周波数ｆ０１、ｆ０２及び周波数ドリフト特性ＴＣ１、ＴＣ２を適切に調整して、非常に小さな周波数ドリフト対温度特性（ＴＣ）を有する振動性回路１００となることができる。集積回路技術を用いて、適切な一対の共振器１１１、１２１を製造することができ、同等の周波数ドリフト特性を得るために、これまでに用いられてきた水晶振動子よりもコスト及びサイズにおいて結果的に有利である。さらに、目標とされる共振周波数及び周波数温度係数で、個々の共振器を構成することもできる。
【００９５】
代表的な実施形態では、異なる速度で温度とともにドリフトする２つの共振器１１１、１２１を発振器回路１１０、１２０に使用して、携帯電話、ラップトップコンピュータ及び他の同等の装置の標準的な温度範囲全体にわたって、その正味の温度ドリフトＴＣＣが、０ではないにしても、非常に小さなビート周波数ｆＢを生成する。それらの共振器は、圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）として製造されることができ、他の集積回路と組み合わされて、結果として約０．２ミリメートル（ｍｍ）の厚み及び１×１ｍｍ２未満の面積を有することができるシリコンチップとなることができる。さらに、その出力信号は、水晶共振器に比べて相対的にスプリアスモードを生じないようにすることができ、はるかに高い周波数にすることができる。結果として、必要とされる「きれいな」高周波トーンを作り出す際に消費される電力が少なくなる。
【００９６】
本明細書において詳細に説明されてきた代表的な実施形態は、一例として提示されており、限定するために提示されていない。添付の特許請求の範囲内に留まりながら、説明された実施形態の形態及び細部において種々の変更を行い、同等の実施形態を生み出すことができることは当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】種々の代表的な実施形態において説明されるような振動性回路のブロック図である。
【図２Ａ】図１のミクサ信号の成分のためのミクサ出力対周波数のグラフである。
【図２Ｂ】図１のフィルタに関する伝達関数対周波数のグラフである。
【図２Ｃ】図１の第１の共振回路及び第２の共振回路に関する周波数温度係数のグラフである。
【図２Ｄ】圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）の等価回路の図である。
【図３Ａ】種々の代表的な実施形態において説明されるような共振器構造の図である。
【図３Ｂ】種々の代表的な実施形態において説明記述されるような別の共振器構造の図である。
【図３Ｃ】種々の代表的な実施形態において説明されるようなさらに別の共振器構造の図である。
【図３Ｄ】種々の代表的な実施形態において説明されるようなさらにまた別の共振器構造の図である。
【図４】図３Ａ及び図３Ｂの共振器構造を製造するための方法の流れ図である。
【図５Ａ】図３Ａの共振器構造のための、回路周波数温度係数対除去される上側ウェーハ圧電層の厚みのグラフである。
【図５Ｂ】図３Ａの共振器構造のための、ビート周波数対除去される上側ウェーハ圧電層の厚みのグラフである。
【図６Ａ】図３Ａの共振器構造のための、回路周波数温度係数対第１の共振器から除去される質量負荷のグラフである。
【図６Ｂ】図３Ａの共振器構造のための、ビート周波数対第１の共振器から除去される質量負荷のグラフである。
【図７】図３Ｃの共振器構造を製造するための方法の流れ図である。
【図８】図３Ｄの共振器構造を製造するための方法の流れ図である。
【図９】図１の振動性回路の一部を製造するための方法の流れ図である。
【符号の説明】
【００９８】
100  振動性回路
110、120  発振器
111、121  共振器
112、122  増幅器
130  ミクサ回路
135  ミクサ信号
140  フィルタ
【図１】
2007082214.tif 000003
【図２Ａ】
2007082214.tif 000004
【図２Ｂ】
2007082214.tif 000005
【図２Ｃ】
2007082214.tif 000006
【図２Ｄ】
2007082214.tif 000007
【図３Ａ】
2007082214.tif 000008
【図３Ｂ】
2007082214.tif 000009
【図３Ｃ】
2007082214.tif 000010
【図３Ｄ】
2007082214.tif 000011
【図４】
2007082214.tif 000012
【図５Ａ】
2007082214.tif 000013
【図５Ｂ】
2007082214.tif 000014
【図６Ａ】
2007082214.tif 000015
【図６Ｂ】
2007082214.tif 000016
【図７】
2007082214.tif 000017
【図８】
2007082214.tif 000018
【図９】
2007082214.tif 000019